CN105712734A - 一种粉土—水泥轻质砌块及其制备方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉土—水泥轻质砌块及其制备方法、应用，它含有水泥、粉煤灰、粉土、发气剂、稳泡剂和激发剂，由以下重量百分比的原料组成：水泥13～56份，粉煤灰17～19份，粉土15～69份，发气剂0.7～3.6份，稳泡剂1.2份，激发剂为发气剂的6％。其制造方法：将水泥、粉煤灰、稳泡剂、激发剂、水和饱和粉土计量后送入搅拌机，搅拌均匀后将发气剂计量后加入搅拌机，经过短暂搅拌后，然后浇模、静养。本发明能降低生产中的能耗，使砌块重量降低，并具有一定的强度，生产成本低廉。

Description

一种粉土—水泥轻质砌块及其制备方法、应用

技术领域

本发明属于道路交通工程材料技术领域，涉及一种粉土—水泥轻质砌块及其制备方法、应用。

背景技术

改革开放以来，我国的公路建设取得了飞速发展，到2003年底，全国公路通车总里程己达180.98万公里，其中高速公路已近3万公里，二级以上公路24万公里。从运营的高等级公路特别是高速公路来看，桥头跳车是主要的病害之一。所谓的“桥头跳车”，是指桥梁、涵洞等构造物本身及台背由于行车荷载和自重的作用而沉降，通常构造物沉降与台背沉降不一致即产生不均匀沉降，致使台背与构造物连接处的路面出现台阶，从而导致高速行驶的车辆通过台背回填处产生颠簸跳跃的现象。桥头跳车是目前公路建设中常见的通病之一，严重影响了行车舒适性，降低了车辆的行驶速度和道路的通行能力，是道路交通安全的重要隐患之一，损害了公路的社会效益和经济效益。同时，对桥头路面大量的养护和维修不仅花费了大量的人力、物力，而且也产生了不良的社会影响。因此，桥头跳车病害己成为公路建设质量改善和提高的阻碍，也是摆在工程技术人员面前的一大难题。如何有效地控制桥头跳车、保证公路车辆的交通安全和舒适行驶，对于提高公路的社会效益、降低已建公路的养护维修费用、改善待建公路的质量都具有十分重要的意义。目前主要从其形成原因采取预防为主的措施，利用各种轻质填料减轻新填路基的自重，减少新增路基附加应力，减少沉降，从而降低桥梁与路面之间的沉降差。目前常用的路基回填材料有泡沫塑料颗粒轻质土和气泡混合轻质土。但是泡沫塑料颗粒轻质土的浮力抵抗能力差,水位的变动对路基的稳定性影响大；不能耐高温；受油污和紫外线的影响大；施工单价较为昂贵；目前对EPS在长期荷载作用下的性能缺乏深入的了解。而气泡混合轻质土是在现场施工，需要大量模板和一定的养护时间，延长了工期。

粉土是最差的筑路材料之一。因含有较多的粉土粒，干时虽稍有粘结性，但易被压碎、扬尘大、浸水时很快被湿透，易形成流体状态。现有研究中多通过复掺(如水泥、石灰、消石灰、粉煤灰等)的方式对粉土进行稳定化处理，但上述方法皆不可避免地存在粉土固化体干缩较大、易开裂的问题，导致粉土固化体在外界环境条件改变时，易因体积伸缩变化导致开裂或沉降。

发明内容：

为解决上述技术的不足，本发明在现有加气混凝土砌块技术的基础上，研究水泥-粉煤灰-粉土轻质砌块。研究中发现，通过水泥、粉煤灰和发气剂的组合可以有效提高粉土固化体的压缩模量，克服传统的水泥、石灰、粉煤灰等土壤固化材料存在的压缩模量低，易开裂的不足，获得粉土砌块自身的压缩量可以忽略不计，消除了路堤本身的沉降；同时，由于本发明添加了发气剂，获得的粉土—水泥砌块的干体积密度在400～1100kg/m3之间，有效地减少对路基的附加应力，降低不均匀沉降。

具体地，本发明采用如下技术方案：

一种粉土—水泥轻质砌块，由以下重量份的原料和水组成：水泥13～56份，粉煤灰17～19份，粉土15～69份，发气剂0.7～3.6份，稳泡剂1.2份，激发剂为发气剂的6％。

本发明中水的加入量根据本领域的公知常识和现场情况进行选择即可。

目前，粉土的稳固主要有石灰类、石灰水泥类、石灰水泥纤维类、二灰类等，利用了水泥的水化凝硬反应、火山灰质材料的火山灰反应、离子交换及絮凝团聚作用等实现固化处理。但由于粉土自身特殊的工程性质，以及无法准确判断相应的反应和相互的作用的强弱，常常无法获得预期的性能和稳定性，因此，本发明在大量实验和理论论证的基础上对各组分的配比进行系统地优化，提供了一种轻质、压缩性小、便于施工、满足强度要求且生产成本低的砌块及其制造方法。

水泥与土拌和后，水泥矿物与土中的水分发生强烈的水解和水化反应，同时从溶液中分解出Ca(OH)₂并形成其它水化物，它们有的自行继续硬化形成水泥石骨架，有的则与土相互作用，依靠比较强的化学键结合，构成结晶网状结构，增加了土的强度和水稳性。

其中，当水泥的含量低于13重量份时，砌块强度和模量较低、致密度和体积稳定性不良。如果水泥的含量高于56重量份，则会导致成本升高。本发明已确认了下述结果：如果水泥的含量在13重量份以上且56重量份以下的范围时，砌块密度、体积稳定性以及压缩性能够满足工程需求。

粉煤灰中玻璃态的活性氧化硅、氧化铝与水泥浆体中的Ca(OH)₂作用生成碱度较小的二次水化硅酸钙、水化铝酸钙。粉煤灰颗粒和水泥水化产物之间逐步形成牢固联系，从而导致混凝土强度、不透水性和耐磨性的增长。当粉煤灰的含量低于17重量份时，砌块的经济性较差，并且容易产生干燥性裂缝。粉煤灰的含量高于19重量份时，导致砌块凝结时间变长，强度增长缓慢，不利于砌块的生产。因此，本申请中将粉煤灰的加入量限定在19重量份以下，因此不会产生上述问题。

发气剂、稳泡剂和激发剂的复合作用，可以有效调控砌块的凝结时间和干体积密度，减少对路基的附加应力，降低不均匀沉降，激发粉土中具有潜在胶凝特性矿物的水化活性。

发气剂的含量低于0.7份重量份时，砌块密度较大，难以实现轻质化。如果发气剂的含量高于3.6重量份时，会导致浆料的孔隙率过高、强度大幅下降，无法满足压缩性和机械性能的要求。当发气剂含量在0.7重量份以上且3.6重量份以下的范围时，砌块各组分间相适应性良好，性能稳定。

优选的，由以下重量份的原料和水组成：水泥35～56份，粉煤灰17～19份，粉土15～45份，发气剂2.2～3.6份，稳泡剂1.2份，激发剂为发气剂重量的6％。

优选的，由以下重量份的原料和水组成：水泥13～35份，粉煤灰17～19份，粉土45～69份，发气剂0.7～2.2份，稳泡剂1.2份，激发剂为发气剂重量的6％。

优选的，所述发气剂为过氧化氢，本发明也可采用其他发气剂如铝粉或碳化钙。

优选的，所述稳泡剂为硬脂酸钙。

优选的，所述激发剂为六水氯化铁。

本发明还提供了任一上述的砌块的制备方法，将水泥、粉煤灰、稳泡剂、激发剂、水和饱和粉土计量后加入搅拌机，搅拌均匀后将发气剂计量后加入搅拌机，经过短暂搅拌后，然后浇模、静养，即得。

优选的，上述方法包括如下步骤：

1)称取粉土，加水使其到达饱和含水率，搅拌均匀、静置6-8h；

2)称取水泥﹑粉煤灰和稳泡剂、慢搅30-35s；

3)加入激发剂，慢搅30-35s；

4)称取步骤1)所得饱和粉土；加入上述步骤3)得到的混合物料中；

5)称取发气剂加入快搅15s～20s，迅速浇模，养护24h后拆模，即得。

优选的，所述步骤5)中，养护条件为温度20±2℃、相对湿度95％；或温度40～80℃、相对湿度95％；或蒸压；

优选的，所述步骤5)中，采用其他的发泡形式替代：所述其他发泡形式为：

1)机械混合发泡法：先将饱和粉土、水泥、粉煤灰和水均匀混合，拌制成原料土浆。再将原料土浆和发泡剂溶液倒入高速搅拌机中，通过叶片的高速搅拌作用，气泡大量产生，由此制得泡沫粉土—水泥浆体。

2)预发泡法：先将饱和粉土、水泥、粉煤灰和水均匀混合，拌制成原料土浆，发泡剂溶液通过发泡装置发泡。再将原料土浆和气泡均匀搅拌，制得泡沫粉土—水泥浆体。

任一上述的砌块皆可用于路基回填、施工或治理“桥头跳车”。

本发明的有益效果：

本发明轻质粉土—水泥轻质砌块具有如下具体工程特性：

1.轻质：泡沫塑料颗粒轻质土的养护湿密度为1000～1220kg/m³，气泡混合轻质土的干体积密度为300～1600kg/m³，粉土—水泥轻质砌块的干体积密度在400～1100kg/m³之间。其可减少对路基的附加应力，降低不均匀沉降；同时还可以减少边坡占地，节省大量农田土地。

2.压缩性小：本砌块的压缩模量约为730MPa，在实际应用时，其自身的压缩量可以忽略不计，从而消除路堤本身的沉降。

3.容重和强度稳定且可调节：调整加气砌块的组成成份比例，即调整配合比，砌块的容重和强度可根据需要在一定范围内自由调节。

4.良好的施工性：可工厂预制批量生产，施工便捷高效，降低施工费用，同时可根据工程现场需要任意切割，可以保证产品的尺寸精度，而且又具有一定的表面粗糙度，大大提高了砌块与粉刷层的粘结力。

5.良好的环保特性和经济性：利用了大量的粉土，粉土取料资源广阔，价格低廉，可在保证性能的前提下降低造价；且利用粉煤灰等工业废渣做原材料，促进资源的再生利用，有利于环保。

具体实施方式：

下面结合具体实例对本发明作进一步说明。

1.实验材料

水泥：山东省济南市山水集团生产的42.5号普通硅酸盐水泥，28d强度为42.5MPa；

粉煤灰：二级粉煤灰；

粉土：普通粉土(风干后，用孔径5mm筛子筛分)；

发气剂：济南朝旭仪器设备有限公司，工业用30％双氧水；

稳泡剂：硬脂酸钙；

激发剂：济南顺鑫化工有限公司生产的六水氯化铁；

水：自来水。

2.实验配方设计

实验用配方由以下重量百分比的原料组成：水泥13～56份，粉煤灰17～19份，粉土15～69份，发气剂0.7～3.6份，稳泡剂1.2份，激发剂为发气剂的6％。

3.实验过程

1)称取一定量风干且筛分后的粉土，加水使其到达饱和含水率，搅拌均匀、静置6-8h；

2)称取水泥﹑粉煤灰和稳泡剂、慢搅30-35s；

3)加入激发剂，慢搅30-35s；

4)称取步骤1)所得饱和粉土；加入上述步骤3)得到的混合物料中；

5)称取发气剂加入快搅15s～20s，迅速浇模，养护24h后拆模，即得。

优选的，所述步骤5)中，养护条件为温度20±2℃、相对湿度95％；或温度40～80℃、相对湿度95％；或蒸压；

优选的，所述步骤5)中，采用其他的发泡形式替代：所述其他发泡形式为：

1)机械混合发泡法：先将饱和粉土、水泥、粉煤灰和水均匀混合，拌制成原料土浆。再将原料土浆和发泡剂溶液倒入高速搅拌机中，通过叶片的高速搅拌作用，气泡大量产生，由此制得泡沫粉土—水泥浆体。

2)预发泡法:先将饱和粉土、水泥、粉煤灰和水均匀混合，拌制成原料土浆，发泡剂溶液通过发泡装置发泡。再将原料土浆和气泡均匀搅拌，制得泡沫粉土—水泥浆体。

产品实例如下：

实施例1

一种粉土—水泥轻质砌块，由以下重量百分比的原料组成：水泥56份，粉煤灰17份，粉土15份，发气剂3.6份，稳泡剂1.2份，激发剂为发气剂重量的6％。

制备方法：称取一定量风干且筛分后的粉土，加入水使其达到饱和含水率，搅拌均匀后静置6h以上；称取一定量的水泥﹑粉煤灰和硬脂酸钙，倒入搅拌机慢搅30s，称取一定量的水和氯化铁，将氯化铁先加入水中，把氯化铁溶液倒入搅拌机慢搅30s；称取一定量的饱和粉土加入搅拌机慢搅30s，快搅90s；称取一定量的双氧水倒入搅拌机中快搅15s～20s，迅速浇模，在温度20±2℃、相对湿度95％的条件下养护24h后拆模。

实施例2

一种粉土—水泥轻质砌块，由以下重量百分比的原料组成：水泥51份，粉煤灰19份，粉土28份，发气剂1.2份，稳泡剂1.2份，激发剂为发气剂重量的6％。

制备方法：称取一定量风干且筛分后的粉土，加入水使其达到饱和含水率，搅拌均匀后静置6h以上；称取一定量的水泥﹑粉煤灰和硬脂酸钙，倒入搅拌机慢搅30s，称取一定量的水和氯化铁，将氯化铁先加入水中，把氯化铁溶液倒入搅拌机慢搅30s；称取一定量的饱和粉土加入搅拌机慢搅30s，快搅90s；称取一定量的双氧水倒入搅拌机中快搅15s～20s，迅速浇模，在温度20±2℃、相对湿度95％的条件下养护24h后拆模。

实施例3

一种粉土—水泥轻质砌块，由以下重量百分比的原料组成：水泥27份，粉煤灰18份，粉土53份，发气剂1份，稳泡剂1.2份，激发剂为发气剂重量的6％。

制备方法：称取一定量风干且筛分后的粉土，加入水使其达到饱和含水率，搅拌均匀后静置6h以上；称取一定量的水泥﹑粉煤灰和硬脂酸钙，倒入搅拌机慢搅30s，称取一定量的水和氯化铁，将氯化铁先加入水中，把氯化铁溶液倒入搅拌机慢搅30s；称取一定量的饱和粉土加入搅拌机慢搅30s，快搅90s；称取一定量的双氧水倒入搅拌机中快搅15s～20s，迅速浇模，在温度20±2℃、相对湿度95％的条件下养护24h后拆模。

实施例4

一种粉土—水泥轻质砌块，由以下重量百分比的原料组成：水泥19份，粉煤灰17份，粉土61份，发气剂1份，稳泡剂1.2份，激发剂为发气剂重量的6％。

制备方法：称取一定量风干且筛分后的粉土，加入水使其达到饱和含水率，搅拌均匀后静置6h以上；称取一定量的水泥﹑粉煤灰和硬脂酸钙，倒入搅拌机慢搅30s，称取一定量的水和氯化铁，将氯化铁先加入水中，把氯化铁溶液倒入搅拌机慢搅30s；称取一定量的饱和粉土加入搅拌机慢搅30s，快搅90s；称取一定量的双氧水倒入搅拌机中快搅15s～20s，迅速浇模，在温度20±2℃、相对湿度95％的条件下养护24h后拆模。

实施例5

一种粉土—水泥轻质砌块，由以下重量百分比的原料组成：水泥13份，粉煤灰17份，粉土15份，发气剂0.7份，稳泡剂1.2份，激发剂为发气剂重量的6％。

制备方法：称取一定量风干且筛分后的粉土，加入水使其达到饱和含水率，搅拌均匀后静置6h以上；称取一定量的水泥﹑粉煤灰和硬脂酸钙，倒入搅拌机慢搅30s，称取一定量的水和氯化铁，将氯化铁先加入水中，把氯化铁溶液倒入搅拌机慢搅30s；称取一定量的饱和粉土加入搅拌机慢搅30s，快搅90s；称取一定量的发泡剂与浆体混合，倒入高速搅拌机中进行高速搅拌，然后倒入模具中成型，在温度20±2℃、相对湿度95％的条件下养护24h后拆模。

实施例6

一种粉土—水泥轻质砌块，由以下重量百分比的原料组成：水泥56份，粉煤灰19份，粉土69份，发气剂3.6份，稳泡剂1.2份，激发剂为发气剂重量的6％。

制备方法：:称取一定量风干且筛分后的粉土，加入水使其达到饱和含水率，搅拌均匀后静置6h以上；称取一定量的水泥﹑粉煤灰和硬脂酸钙，倒入搅拌机慢搅30s，称取一定量的水和氯化铁，将氯化铁先加入水中，把氯化铁溶液倒入搅拌机慢搅30s；称取一定量的饱和粉土加入搅拌机慢搅30s，快搅90s；采用空气压缩机将一定量的发泡剂制成的泡沫注入搅拌机中，慢速搅拌60s，然后倒入模具中成型，在温度20±2℃、相对湿度95％的条件下养护24h后脱模制成。

上述产品的检测结果如表1所示：

表1

以上实施例的制备也可采用铝粉或碳化钙作为发气剂；

以上实施例的制备也可采用机械混合发泡法或预发泡法的形式；

以上实施例中的试块也可在温度40～80℃、相对湿度95％；或蒸压的条件下养护。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种粉土—水泥轻质砌块，其特征在于，由以下重量份的原料和水组成：水泥13～56份，粉煤灰17～19份，粉土15～69份，发气剂0.7～3.6份，稳泡剂1.2份，激发剂为发气剂的6％。

2.如权利要求1所述的砌块，其特征在于，由以下重量份的原料和水组成：水泥35～56份，粉煤灰17～19份，粉土15～45份，发气剂2.2～3.6份，稳泡剂1.2份，激发剂为发气剂重量的6％。

3.如权利要求1所述的砌块，其特征在于，由以下重量份的原料和水组成：水泥13～35份，粉煤灰17～19份，粉土45～69份，发气剂0.7～2.2份，稳泡剂1.2份，激发剂为发气剂重量的6％。

4.如权利要求1所述的砌块，其特征在于，所述发气剂为过氧化氢、铝粉或碳化钙。

5.如权利要求1所述的砌块，其特征在于，所述稳泡剂为硬脂酸钙。

6.如权利要求1所述的砌块，其特征在于，所述激发剂为六水氯化铁。

7.权利要求1-6任一项所述的砌块的制备方法，其特征在于，

将水泥、粉煤灰、稳泡剂、激发剂、水和饱和粉土计量后送入搅拌机，搅拌均匀后将发气剂计量后加入搅拌机，经过短暂搅拌后，然后浇模、静养，即得。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)称取粉土，加水使其到达饱和含水率，搅拌均匀、静置6-8h；

2)称取水泥﹑粉煤灰和稳泡剂、慢搅30-35s；

3)加入激发剂，慢搅30-35s；

4)称取步骤1)所得的饱和粉土加入上述步骤3)得到的混合物料中；

5)称取发气剂加入搅拌机中快搅15s～20s，迅速浇模，养护24h后拆模，即得。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5)中，养护条件为温度20±2℃、相对湿度95％；或温度40～80℃、相对湿度95％；或蒸压。

10.权利要求1-6任一所述的砌块在路基回填、施工或治理“桥头跳车”中的应用。